Ubiquitous Media - Vision des Digital Home der Zukunft und Anforderungen hinsichtlich seiner Realisierung

1. Inhaltsverzeichnis

2. ABBILDUNGSVERZEICHNIS

3. DANKSAGUNGEN

4. ZUSAMMENFASSUNG UND MOTIVATION

5. ABSTRACT AND MOTIVATION

6. EINLEITUNG UND AUFGABENSTELLUNG
6.1. Aufbau der Arbeit

7. DEFINITION DES BEGRIFFS „MEDIEN“

8. ENABLING TECHNOLOGIES
8.1. Mobilfunk
8.1.1. GSM
8.1.2. HSCSD
8.1.3. GPRS
8.1.4. UMTS
8.1.5. WLAN
8.1.6. Infrarot (z.B. IrDa)
8.2. Digitalisierung
8.3. Streaming
8.4. Aktuelle Produkte
8.4.1. Sony ubiquitous vaio network
8.4.2. c’t - Sound and Vision Platform (SVP)
8.4.3. Neue Technologien

9. UBIQUITOUS/PERVASIVE COMPUTING
Marc Weiser, Xerox PARC
Abgrenzung zu Virtual Reality
Computer werden zum „wahren Werkzeug“
Varianten der Realisierung im Xerox PARC
Aktuelle Anwendungen

10. ANFORDERUNGSANALYSE ZU „UBIQUITOUS MEDIA“
10.1. Nutzungssituationen für Medien
10.2. Context Awareness
10.3. Präsentationsgeräte
10.4. Interaktionsmöglichkeiten
10.5. Vision
10.5.1. Szenario 1 (Heimanwendung)
10.5.2. Szenario 2 (Mobile Anwendung)
10.6. Medientransparenz
10.7. Analyse der Handlungen aus den Szenarien
10.8. Schlüsselkomponenten von Medientransparenz bei „Universal Connectivity“
- Services
- Netzwerkarchitekturen
- End to End Security
- Kooperative Netzwerke und Terminals
10.9. Systemkomponenten
10.10. Wirtschaftliche Aspekte

11. SPEZIFIKATION/PFLICHTENHEFT
11.1. Interface
11.2. Datenbestände und -formate
11.3. Metadaten
11.4. Hardware-Management

12. ENTWURF EINES SYSTEMS
12.1. Interaktionsmöglichkeiten
12.1.1. Grafic User Interface (GUI)
12.1.2. Sprachsteuerung
12.1.3. Gestenerkennung
12.2. Steuerung
12.3. Synchronisation
12.4. Datenhaltung und CMS
12.5. Prinzipielle Eignung von XML als Datenformat
12.6. Entwicklung eines DTD-Dokuments anhand eines ER-Modells

13. ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK

14. LITERATURVERZEICHNIS

Anhänge:

15. Anhang A (grafisches Modell einer Home-Medienumgebung

16. Anhang B (Nachrichtentheoretischer Hintergrund)

17. Anhang C (Auswertung Fragebogen)

18. Anhang D (Fragebogen)

2. Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Kette der Informationsverarbeitung15

Abbildung 2: Übersicht über Anwendungsbereiche der verschiedenen Mobilfunk- Technologien

Abbildung 3: Struktur eines drahtlosen Netzwerkes mit leitungsgebundenem Backbone und Roaming

Abbildung 4: Struktur eines Ad-Hoc-Netzwerks mit WLAN-Technologie nach IEEE 802

Abbildung 5: Durch Reflexionen der Signale können sich beim Empfänger gleiche Funksignale zeitversetzt überlagern

Abbildung 6: Schema-Aufbau des Sony „Ubiquitous Vaio Network“ zur Verbindung verschiedener Geräte der Vaio Linie

Abbildung 7: Flexible Displays

Abbildung 8: E-Ink, schematischer Aufbau

Abbildung 9: Plasma-TV der Firma Pioneer

Abbildung 10: Funktionsweise von RFID

Abbildung 11: Medientransparenz

Abbildung 12: Vier Komponenten eines Mediensystems

Abbildung 13: Veränderungen in der Musikbranche durch fortschreitende Vernetzung und Digitalisierung

Abbildung 14: Erwartete Veränderung der Wertschöpfungsketten in der Multimedia-Branche

Abbildung 15: Sensorwerte bei bestimmten Handlungen am Beispiel von Szenario

Abbildung 16: Grob-Modell eines Steuerungsprozesses

Abbildung 17: Steuerungsprozess mit Zustandsübergängen

Abbildung 18: Verschiedene Bereiche von Kontext

Abbildung 19: ER-Modell der zum Datenaustausch benötigten Daten

3. Danksagungen

Diese Arbeit konnte in dieser Form nur aufgrund der tatkräftigen Unterstützung von vielen Personen verwirklicht werden. Allen Beteiligten möchte ich hiermit ein herzliches Dankeschön sagen. Besonderer Dank gilt dabei:

- Meinem Betreuer Prof. Dr. Gerrit Kalkbrenner

Es ist nicht selbstverständlich, dass Du diese Arbeit als Betreuer angenommen hast. Deiner Bereitschaft, Dich auch an den Wochenenden in Berlin mit dieser Arbeit zu befassen und ihr von Deiner Zeit einzuräumen ist es zu verdanken, dass sie geschrieben werden konnte. Das ist umso bemerkenswerter, als Dein eigentlicher Arbeitsplatz erst an der Universität Kassel war und mittlerweile an der Universität Dortmund ist. Von Deiner Sachkunde durfte ich in dieser Arbeit profitieren. Vielen Dank.

- Meinen Eltern Bernd-Rüdiger und Sybille Drews.

Sie haben mich das ganze Studium immer unterstützt und meine Arbeit und Ausbildung liebevoll mitverfolgt. Ihnen verdanke ich, dass ich das Studium bis ans Ende durchführen konnte - auch wenn es bisweilen wie der Kampf gegen unüberwindliche Windmühlen wirkte.

Liebe Eltern, für diese Arbeit habt ihr mit Euren Kommentaren gewährleistet, dass auch nicht kommunikationswissenschaftlich vorbelastete Leser etwas damit anfangen können. Eure Korrekturen waren mir eine große Hilfe und haben zur Qualität der Arbeit einen großen Teil beigetragen. Ich danke Euch für die kritischen Diskussionsbeiträge und Euer Interesse an meiner Arbeit.

- Denise Dill

Denise, Du hast dieser Arbeit den nötigen Stil verliehen. Durch Deine tatkräftige Unterstützung konnten die Abbildungen in ihrer Verständlichkeit und in ihrer grafischen Darstellung die letztendliche Qualität erhalten. Aber auch inhaltlich verdanke ich den (oft auch nächtlichen) Diskussionen mit Dir viele neue Ansätze und Verbesserungen. Danke für Dein unermüdliches Interesse, Deine kritische Diskussionsbereitschaft und Deine Unterstützung.

4. Zusammenfassung und Motivation

Die Entwicklung der Multimedia-Branche wurde in letzter Zeit vor allem von zwei Trends bestimmt:

- Zum einen von der fortschreitenden Digitalisierung von Text, Bild und Ton
- Zum anderen von der wachsenden Verbreitung drahtloser Netzwerktechnologien und -anbindungen¹

Beides führt zu weitreichenden Veränderungen für die Multimediabranche, sowohl für die Produzenten, als auch für die Kunden. Diese Veränderungen betreffen nahezu alle Bereiche des Multimediamarktes. Die Arbeit konzentriert sich dabei vor allem auf die Entwicklung der Präsentationsgeräte und die sich verändernde Einbindung von Content in ein Mediensystem der Zukunft.

Durch das fortschreitende Wachstum drahtloser Netzwerktechnologien werden sich in allen Bereichen der Multi-Media-Produktion auch die Präsentationsgeräte für diese Produkte verändern. Aktuelle Entwicklungen geben den Trend vor: Geräte werden kleiner und ihre Anzahl pro Nutzer steigt. Nutzer werden aber nicht nur mehr Geräte zur Verfügung haben, sondern durch ubiquitär verfügbare Netzwerkanbindungen auch auf mehr Content zugreifen können.

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde deswegen ein Mediensystem konzipiert und in Ansätzen entwickelt, welches dem Nutzer einen transparenten Umgang mit Medien und Präsentationsgeräten erlaubt. Er verliert weder die Kontrolle über die ihm zur Verfügung stehenden Inhalte, noch über seine Geräte. Durch das in dieser Arbeit entwickelte Konzept der Medientransparenz kann der Nutzer seine Medien komfortabel nutzen.

Dieses Konzept beruht dabei auf dem Prinzip der Abstraktion. So wird zum Beispiel von unterschiedlichen physikalischen Speicherorten der zur Verfügung stehenden Inhalte abstrahiert, indem dem Nutzer simuliert wird, seine Inhalte befänden sich alle an einer bekannten Stelle. Der Nutzer hat so das Gefühl, er kann seine Medien überall, zu jeder gewünschten Zeit und einfach nutzen.

Um das zu erreichen wurde auch auf die Konzepte „Context Awareness“ und

„Ubiquitous Computing“ zurückgegriffen. Durch sie konnte eine Reduktion der Komplexität zukünftiger Mediensysteme erreicht werden. Bislang wurden beide Konzepte nur in Ansätzen auf dem Markt eingeführt und auf ihren Nutzen in Mediensystemen untersucht.

5. Abstract and Motivation

Due to the emerging technology of wireless network connections, hardware for multimedia-presentations will change rapidly. Because of the growing number of such (personal) devices in the Personal Area Network of the User it is necessary to develop a system, in which the user doesn’t lose control over his devices. Digitalisation will lead to a split of storage devices (e.g. Compact Discs) and content. It will no longer be stored in shelves at home, but in storage spaces located anywhere in the network. Therefore the storage space available to the user will increase. At the same time the overview over one’s own content will decrease. Upcoming media systems have to grant transparency to the user. He has to feel that he knows where his content is located and that he can reach it easily everytime, everywhere. Otherwise, users would feel overwhelmed and uncomfortable with these devices. The present situation on the multimedia-market is very much like that. To avoid these effects a new media system was developed, in which the user is the focus of development. Even though he can reach a much larger amount of content within his system and uses more different devices, he feels comfortable with this system and has full control over it. That is achieved by integrating new interaction techniques (as speech-control and gesture-recognition in combination with improved graphic user interfaces) in one universal interface.

For unknown reasons, the concepts of Context Awareness and Ubiquitous Computing are not yet explored for their use in mediasystems. This work shows by using these concepts that a model of a mediasystem can be realized, in which the user is neither confronted with difficult user’s manuals nor with changing interfaces.

6. Einleitung und Aufgabenstellung

Durch aktuelle technische Entwicklungen wachsen herkömmliche Unterhaltungs- Medienangebote wie Musik, Video und Spielekonsolen immer weiter zusammen. Wo früher getrennte Märkte waren, wird in ein paar Jahren nur noch einer existieren - der dafür aber mit mehr Teilnehmern. Dieser Markt der Zukunft wird ein gemeinsamer Multimedia-Markt sein. Im Moment werden die Fundamente für diese Zukunft gelegt. Zum einen werden Mediengeräte aufgrund des technischen Fortschritts über mehr Prozessorleistung, Speicherkapazität und dadurch eine erweiterte Anzahl von Fähigkeiten verfügen. Zusätzlich dazu wird ihre Größe schrumpfen. Durch digitale Speicherung von Mediendaten wird der Computer immer mehr zu einem zentralen Element kommender Mediensysteme. Es ist schon jetzt fast alltäglich, den PC als DVD-Player, Stereoanlage und „elektronisches Medienregal“ mit Filmen und Musik- Files zu benutzen. Die Musikbranche nutzt diese Entwicklung nach jahrelangem Zögern doch endlich dazu, neue Absatzmärkte zu entwickeln - die Nutzerzahlen geben die Tendenz an². Apple’s online Musicstore I-Tunes³ und Sony’s geplante Downloadplattform Connect⁴ sind nur zwei populäre Beispiele. Zugleich werden drahtlose Verbindungstechniken weiter entwickelt, durch die verschiedene Geräte ein Netzwerk bilden und untereinander kommunizieren können, und ihre Kapazität wächst ständig. Günstigere Verbindungskosten werden den Markt radikal verändern⁵. Miniaturkomponenten mit integrierten Sensoren und wenig Energiebedarf werden aus Alltagsgegenständen sogenannte „Smart Devices“ machen. Sie können ihrer Umwelt auf Nachfrage Informationen über sich bereitstellen und so der Vision einer „Augmented Reality⁶ “ Realität verleihen.

Flexible Displays und Webserver in Taschengröße machen es nicht nur möglich, sondern auch wahrscheinlich, dass Computer in PC-Form mit Maus und Display ausgedient haben und in anderer, dramatisch reduzierter Form ihre Dienste anbieten.

Bedingt durch diese Entwicklungen wird eine Konvergenz⁷ der Medien erreicht. Verschiedene Medien erfordern somit keine unterschiedlichen Geräte, Bedienungsanweisungen und Fernbedienungen mehr. Der Umgang mit Medien wird für den Nutzer vereinfacht und verbessert.

Aktuell bestehen dabei erhebliche Defizite, wie Hans Magnus Enzensberger in seinem „SPIEGEL“- Artikel „Das digitale Evangelium“ treffend beschrieben hat:

"Wer Musik hören will, muss einen Turm aufstellen, der aus Tuner, Verstärker, Boxen, CD-Spielern und Rekordern verschiedener Formate besteht. Auch der Fernseher wirft immer neue Junge; er braucht diverse Videorekorder, Decoder, Satellitenempfänger. Telefone, Anrufbeantworter, Faxgeräte verstopfen den Schreibtisch, und der Rechner verlangt nach einer weiteren Kistenfamilie aus Druckern, Modems, Netzgeräten, Scannern und Brennern, von denen jedes einzelne Teil das Studium einer 100-seitigen Betriebsanleitung erfordert. Der Zustand der sog. Multimedia-Branche lässt sich am Gewirr der Kabel ablesen, über welche die Putzfrau stolpert. Vom technisch möglichen Zusammenschmelzen der elektronischen Medien kann in Wirklichkeit keine Rede sein... Die digitalen Medien schließen durch ihre Benutzerfeindlichkeit 2/3 der Bevölkerung von ihrem Gebrauch aus. Man fragt sich vergeblich nach dem ökonomischen Sinn dieser Sabotage." (zitiert nach [Hesse 2000], S. 4)

Benötigt wird deswegen ein Konzept für Medientransparenz, welches es gestattet, auf Medien zuzugreifen, unabhängig von Format und Ort. Dieses Konzept bildet den Kernpunkt der vorliegenden Arbeit. Als Teilbereiche der geforderten Medientransparenz werden die folgenden Transparenzen identifiziert:

- Zugriffstransparenz:

Nutzer können unabhängig der von ihnen benutzten Geräte auf Medien zugreifen. - Ortstransparenz:

Nutzer können von überall auf Mediendaten zugreifen. Es spielt keine Rolle, wo die Daten gespeichert sind oder wo der Nutzer sich befindet.

- Formattransparenz:

Medien werden digital in unterschiedlichen Formaten gespeichert. Durch Formattransparenz wird vom Format abstrahiert und es wird dem Nutzer möglich, unabhängig davon Medien nutzen zu können.

- DRM-Transparenz:

Welche Rechte Anbieter den Nutzern einräumen ist klar erkenntlich und wird so Teil des wirtschaftlichen Wettbewerbs.

6.1. Aufbau der Arbeit

In dieser Arbeit werden neue Technologien und denkbare Entwicklungen der

Multimedia-Branche zur Vision des „Digital Home der Zukunft“ entwickelt. Dabei wird der Nutzer ins Zentrum der Entwicklung gestellt. Um ihn herum wird ein Mediensystem konzipiert, welches

a) in jeder Anwendungssituation einfach und komfortabel zu bedienen ist,
b) sich unaufdringlich im Hintergrund hält und sich
c) den unterschiedlichsten Bedürfnissen seiner Nutzer anpasst.

Dazu ist die Arbeit in folgende Abschnitte aufgeteilt:

- Im Abschnitt „Definition des Medienbegriffes“ wird eine einleitende Begriffsklärung vorgenommen. Das Wort Medium ist in der aktuellen postindustriellen Gesellschaft zum Schwammwort geworden. Es ist mit unterschiedlichen Bedeutungen belegt. Davon trifft aber nur ein kleiner Ausschnitt die Bedeutung, wie sie in dieser Arbeit verwendet wird.

- Im Abschnitt „Enabling Technologies“ werden aktuelle technologische Entwicklungen vorgestellt. Ausgehend vom oben definierten Medienbegriff kann davon ausgegangen werden, dass sie für den Umgang mit Medien und Mediensysteme kommender Generationen von zentraler Bedeutung sind.

- Das Kapitel über „Ubiquitous Computing / Pervasive Computing“ gibt einen kurzen Abriss über die Entstehung dieser Konzepte. Die Begriffe wurden von Marc Weiser und seinen Kollegen vom Xerox PARC in den 1980er Jahren geprägt. Es wird vorgestellt, welche Vision Weiser hatte und wie weit er sie schon damals umsetzen konnte. Es wird ein Bild davon vermittelt, was sich durch sie im Umgang mit PCs und Geräten der kommenden Generation (Smart Devices) verändert.

- Die „Anforderungsanalyse“ im folgenden Abschnitt zeigt, was sich durch diese Konzepte im Hinblick auf den Umgang mit Medien und Mediensystemen verändert. Es werden Schwachpunkte von Konzepten gezeigt, die aktuell im Multimedia-Markt angeboten werden. Basierend auf diesen Schwachpunkten und anhand der vorgestellten Konzepte aus dem Bereich „Ubiquitous/Pervasive Computing“ wird das Konzept der Medientransparenz erarbeitet. Dadurch kann ein komfortabler Umgang mit zukünftigen Mediensystemen erreicht werden, trotz steigendem Funktionsumfangs, mehr elektronischen Präsentationsgeräten und mehr zur Verfügung stehendem Content.

Aus der Diskussion um „Context Awareness“ werden Erkenntnisse gezogen, die es dem User-Interface eines zukünftigen Mediensystems ermöglichen, dynamisch auf die Situation zu reagieren, in der sich ein Nutzer gerade befindet. So kann das System im besten Fall intuitiv bedienbar werden. Als kritische Komponente wird die Sicherheit vertraulicher Daten der Nutzer identifiziert. Denn um Systeme transparent und adaptiv zu gestalten, werden viele Informationen über den Nutzer benötigt.

Der Abschnitt „Anforderungsanalyse“ bildet den Kern der Arbeit. Um diesen Kern nicht am Nutzer vorbei zu gestalten, sondern ihn in den Entwicklungsprozess einzubinden, wurde eine Befragung typischer Nutzer aktueller Medienpräsentationsgeräte durchgeführt. Dazu wurde ein Fragebogen entwickelt, einer Testgruppe vorgelegt und ausgewertet.

- Im folgenden Abschnitt „Spezifikation/Pflichtenheft“ wird dargestellt, wie die Erkenntnisse aus der Anforderungsanalyse in einem zukünftigen Mediensystem umgesetzt werden können. Es wird dargestellt, wie dies anhand der Trennung bislang verbundener Bereiche von Mediensystemen erreicht werden kann. Als Bereiche werden „Interface“, „Mediendaten“, „Metadaten“ und „Hardwaremanagement“ identifiziert.

- Der „Entwurf“ zeigt Möglichkeiten auf, wie die Trennung der oben identifizierten Teilbereiche eines Mediensystems im Sinne der Anforderungsanalyse umgesetzt werden kann. Es wird die Integration neuer Interaktionsmöglichkeiten anhand von Sensornetzwerken vorgeschlagen und ausgearbeitet. Um die aufgezeigten Anforderungen an das System im Bereich der Medientransparenz und der Context-Awareness umzusetzen, wird das Modell eines Steuermoduls im System ausgearbeitet. Als Grundlage für Datensätze wird Extended Markup Language (XML) vorgeschlagen und die Eignung dieser Sprache anhand einer beispielhaften Document Type Definition (DTD) aufgezeigt.

Auf dieser Basis kann ein Mediensystem entstehen, dessen technische Seite zunehmend aus dem Sichtfeld des Benutzers verschwindet. Der Nutzer kann sich wieder auf das Wesentliche konzentrieren: Den Genuss seiner Bilder, Musik, Spiele, Filme etc.!

[...]

¹ U.a. [Zerdick 2004], [Lessig 2002]

² Von Juni bis August 2004 verkaufte I-Tunes 125 Millionen Titel in Deutschland, den USA, Frankreich und Großbritannien. In der gleichen Zeit starteten 20 weitere legale Download-Angebote in Deutschland, die laut einer Meldung auf n-tv.de vom 4.10.2004 rund eine Million Songs pro Monat absetzen. Nachricht zu finden unter: URL: http://www.n-tv.de/5432760.html und http://www.handelsblatt.com/pshb/fn/relhbi/sfn/buildhbi/ artpage/0/cn/GoArt!200104,204016,797732/SH/0/depot/0/

³ URL: http://www.apple.com/itunes/store/

⁴ URL: http://www.connect-europe.com

⁵ [vgl. dazu: Schöner 2001]

⁶ Augmented Reality: Nutzern werden in realen Umgebungen (Museum, Stadtzentrum, etc.) Informationen zu Gegenständen in ihrer Umgebung zur Verfügung gestellt. Diese könnten zum Beispiel über Brillen-Monitore ins Gesichtsfeld der Nutzer eingeblendet oder auf den Displays von PDA’s angezeigt werden. Siehe [WWRF 2001], [Mattern 2003], [Stieler 2004] u.a.

⁷ Nach lat. convergens, part. präs. v. convergere: Übereinstimmung, Annäherung